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专题65 原理综合题——反应热+速率+平衡
1．【2023年山东卷】一定条件下，水气变换反应 的中间产物是 。为探究
该反应过程，研究 水溶液在密封石英管中的分子反应：
Ⅰ．
Ⅱ．
研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中， 仅对反应Ⅰ有催加速作用；反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ
建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水电离，其浓度视为常数。回答下列问题：
（1）一定条件下，反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为 、 ，则该条件下水气变换反应的焓变 (用
含 的代数式表示)。
（2）反应Ⅰ正反应速率方程为： ，k为反应速率常数。 温度下， 电离
平衡常数为 ，当 平衡浓度为 时， 浓度为 ，此时反应Ⅰ应速率
(用含 和k的代数式表示)。
（3） 温度下，在密封石英管内完全充满 水溶液，使 分解，分解产物均完全
溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。 时刻测得
的浓度分别为 ，反应Ⅱ达平衡时，测得 的浓度为 。体系
达平衡后 (用含y的代数式表示，下同)，反应Ⅱ的平衡常数为 。
相同条件下，若反应起始时溶液中同时还含有 盐酸，则图示点 中， 的浓度峰值
点可能是 (填标号)。与不同盐酸相比， 达浓度峰值时， 浓度 (填“增大”“减小”
或“不变”)， 的反应 (填“增大”“减小”或“不变”)。2．【2023年湖北卷】纳米碗 是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下， 可以由 分子
经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。 的反应机理和能量变化如
下：
回答下列问题：
（1）已知 中的碳氢键和碳碳键的键能分别为 和 ，H-H键能为
。估算 的 。
（2）图示历程包含 个基元反应，其中速率最慢的是第 个。
（3） 纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为 、 。
（4）1200K时，假定体系内只有反应 发生，反应过程中压强恒定为 (即
的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数 为 (用平衡分压代替平衡浓度计算，
分压=总压×物质的量分数)。
（5） 及 反应的 ( 为平衡常数)随温度倒
数的关系如图所示。已知本实验条件下， (R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几
乎平行，从结构的角度分析其原因是 。（6）下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成 的反应速率的是 (填标号)。
a．升高温度 b．增大压强 c．加入催化剂
3．【2023年广东卷】配合物广泛存在于自然界，且在生产和生活中都发挥着重要作用。
（1）某有机物 能与 形成橙红色的配离子 ，该配离子可被 氧化成淡蓝色的配离子
。
①基态 的 电子轨道表示式为 。
②完成反应的离子方程式：
（2）某研究小组对（1）中②的反应进行了研究。
用浓度分别为 的 溶液进行了三组实验，得到 随时间t的变
化曲线如图。
① 时，在 内， 的平均消耗速率= 。
②下列有关说法中，正确的有 。
A．平衡后加水稀释， 增大B． 平衡转化率：
C．三组实验中，反应速率都随反应进程一直减小
D．体系由橙红色转变为淡蓝色所需时间：
（3）R的衍生物L可用于分离稀土。溶液中某稀土离子(用M表示)与L存在平衡：
研究组配制了L起始浓度 与L起始浓度比 不同的系列溶液，反应平衡后
测定其核磁共振氢谱。配体L上的某个特征H在三个物种 中的化学位移不同，该特征H
对应吸收峰的相对峰面积S(体系中所有特征H的总峰面积计为1)如下表。
0 1.00 0 0
a x 0.64
b 0.40 0.60
【注】核磁共振氢谱中相对峰面积S之比等于吸收峰对应H的原子数目之比；“ ”表示未检测到。
① 时， 。
② 时，平衡浓度比 。
（4）研究组用吸收光谱法研究了（3）中M与L反应体系。当 时，测得平衡时各物
种 随 的变化曲线如图。 时，计算M的平衡转化率
(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。
4．【2022年福建卷】异丙醇 可由生物质转化得到，催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯
的工业化技术已引起人们的关注，其主要反应如下：Ⅰ.
Ⅱ.
回答下列问题：
（1）已知 ，则 燃烧生成 和
的热化学方程式为_______。
（2）在 下，刚性密闭容器中的反应体系内水蒸气浓度与反应时间关系如下表：
反应时间 0 4 8 12 t 20
浓度
0 2440 3200 3600 4000 4100
① 内， _______ ；
②t_______16(填“>”“<”或“=”)。
（3）在恒温刚性密闭容器中，反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡的判据是_______(填标号)。
a. 的分压不变 b.混合气体密度不变
c. d.
（4）在一定条件下，若反应Ⅰ、Ⅱ的转化率分别为98%和40%，则丙烯的产率为_______。
（5）下图为反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡时 与温度的关系曲线。
(已知：对于可逆反应 ，任意时刻 ，式中 )表示物质
×的分压)
①在 恒压平衡体系中充入少量水蒸气时，反应Ⅰ的的状态最有可能对应图中的_______点(填
“甲”“乙”或“丙”)，判断依据是_______。
② 时，在密闭容器中加入一定量的 ，体系达到平衡后，测得 的分压为 ，则水
蒸气的分压为_______ (用含x的代数式表示)。5．【2022年上海卷】利用 催化氮气合成氨气，并生成CO、 等燃料气的方程式如下所示：
反应①：
反应②：
（1）氮原子核外电子排布式为：_______。
（2）比较C、N、O原子的半径大小：_______。
（3）反应①的进程如图所示，则 和 的大小为：_______。
（4）某一2L恒温恒容装置，反应前充入3mol甲烷，10min后，甲烷为1.2mol，求前10min氮气的反应速
率为：_______。
（5）写出反应①和反应②的总反应方程式：_______。
（6）这个制取氨气的方法和工业制取氨气相比，优点是：_______、_______。
6．【2022年山东卷】利用 丁内酯(BL)制备1， 丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和
丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下：
已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压 氛围下进行，故
压强近似等于总压。回答下列问题：
（1）以 或BD为初始原料，在 、 的高压 氛围下，分别在恒压容器中进
行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热 ；以BD为原料，体系从环境吸热 。忽略
副反应热效应，反应Ⅰ焓变 _______ 。
（2）初始条件同上。 表示某物种i的物质的量与除 外其它各物种总物质的量之比， 和 随时间
t变化关系如图甲所示。实验测得 ，则图中表示 变化的曲线是_______；反应Ⅰ平衡常数
_______ (保留两位有效数字)。以BL为原料时， 时刻 _______，BD产率=_______(保留
两位有效数字)。（3） 为达平衡时 与 的比值。 、 、
三种条件下，以 为初始原料，在相同体积的刚性容器中发生反应，
随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压 氛围下进行，可忽略压强对反应速率的
影响。曲线A．B．c中， 最大的是_______(填代号)；与曲线b相比，曲线c达到
所需时间更长，原因是_______。
7．【2022年辽宁卷】工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔
奖，其反应为：
回答下列问题：
（1）合成氨反应在常温下___________(填“能”或“不能”)自发。
（2）___________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，___________温有利于提高平衡转化
率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用 。
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
（3）方案二： 复合催化剂。
下列说法正确的是___________。
a． 时，复合催化剂比单一催化剂效率更高b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c．温度越高，复合催化剂活性一定越高
（4）某合成氨速率方程为： ，根据表中数据， ___________；
实验
1 m n p q
2 n p
3 m n
4 m p
在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为___________。
a．有利于平衡正向移动 b．防止催化剂中毒 c．提高正反应速率
（5）某种新型储氢材料的晶胞如图，八面体中心为M金属离子，顶点均为 配体；四面体中心为硼原
子，顶点均为氢原子。若其摩尔质量为 ，则M元素为___________(填元素符号)；在该化合
物中，M离子的价电子排布式为___________。
8．（2021·湖北真题）丙烯是一种重要的化工原料，可以在催化剂作用下，由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制
备。
反应Ⅰ(直接脱氢)：C H(g)=C H(g)+H(g)△H=+125kJ·mol-1
3 8 3 6 2 1
反应Ⅱ(氧化脱氢)：C H(g)+ O(g)=C H(g)+HO(g)△H=-118kJ·mol-1
3 8 2 3 6 2 2
（1）已知键能：E(C—H)=416kJ·mol-1，E(H—H)=436kJ·mol-1，由此计算生成1mol碳碳π键放出的能量为
___kJ。
（2）对于反应Ⅰ，总压恒定为100kPa，在密闭容器中通入C H 和N 的混合气体(N 不参与反应)，从平衡
3 8 2 2
移动的角度判断，达到平衡后“通入N”的作用是___。在温度为T 时，C H 的平衡转化率与通入气体
2 1 3 8
中C H 的物质的量分数的关系如图a所示，计算T 时反应Ⅰ的平衡常数K=__kPa(以分压表示，分压
3 8 1 p
=总压×物质的量分数，保留一位小数)。（3）在温度为T 时，通入气体分压比为p(C H)：p(O )：p(N )=10：5：85的混合气体，各组分气体的分
2 3 8 2 2
压随时间的变化关系如图b所示。0～1.2s生成C H 的平均速率为__kPa·s-1；；在反应一段时间后，
3 6
C H 和O 的消耗速率比小于2∶1的原因为___。
3 8 2
（4）恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为p(C H)：p(O )：p(N )=2：13：85的混合气体，已知某反应
3 8 2 2
条件下只发生如下反应(k，k′为速率常数)：
反应Ⅱ：2C H(g)+O(g)=2C H(g)+2HO(g) k
3 8 2 3 6 2
反应Ⅲ：2C H(g)+9O(g)=6CO (g)+6HO(g) k′
3 6 2 2 2
实验测得丙烯的净生成速率方程为v(C H)=kp(C H)-k′p(C H)，可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为__，
3 6 3 8 3 6
其理由是___。
9．【2022年湖北卷】自发热材料在生活中的应用日益广泛。某实验小组为探究“ ”体系
的发热原理，在隔热装置中进行了下表中的五组实验，测得相应实验体系的温度升高值( )随时间(t)
的变化曲线，如图所示。
实验编号 反应物组成
粉末
a
粉
b粉
c
饱和石灰水
粉
d
石灰乳
粉
e 粉末
回答下列问题：
（1）已知：
①
②
③
则 的 ___________ 。
（2）温度为T时， ，则 饱和溶液中 ___________(用含x的代数式
表示)。
（3）实验a中， 后 基本不变，原因是___________。
（4）实验b中， 的变化说明 粉与 在该条件下___________(填“反应”或“不反应”)。实验c中，前 的 有变化，其原因是___________； 后 基本不变，其原因是___________微粒
的量有限。
（5）下列说法不能解释实验d在 内温度持续升高的是___________(填标号)。
A．反应②的发生促使反应①平衡右移
B．反应③的发生促使反应②平衡右移
C．气体的逸出促使反应③向右进行
D．温度升高导致反应速率加快
（6）归纳以上实验结果，根据实验e的特征，用文字简述其发热原理___________。
10．【2022年海南卷】某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：
回答问题：
（1）已知：电解液态水制备 ，电解反应的 。由此计算 的燃烧热(焓)
_______ 。
（2）已知： 的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图1所示。
①若反应为基元反应，且反应的 与活化能(Ea)的关系为 。补充完成该反应过程的能量变化
示意图(图2)_______。②某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10L的抽空的密闭容器中通入 和 ，
反应平衡后测得容器中 。则 的转化率为_______，反应温度t约为_______℃。
（3）在相同条件下， 与 还会发生不利于氧循环的副反应：
，在反应器中按 通入反应物，在不同温
度、不同催化剂条件下，反应进行到2min时，测得反应器中 、 浓度( )如下表所
示。
t=350℃ t=400℃
催化剂
催化剂
10.8 12722 345.2 42780
Ⅰ
催化剂
9.2 10775 34 38932
Ⅱ
在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应， 生成 的平均反应速率为___ ；
若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400℃的反应条件，原因是_______。
11．【2022年1月浙江卷】工业上，以煤炭为原料，通入一定比例的空气和水蒸气，经过系列反应可以得
到满足不同需求的原料气。请回答：
（1）在C和O 的反应体系中：
2
反应1：C(s)+O(g)=CO (g) ΔH =-394kJ·mol-1
2 2 1
反应2：2CO(g)+O(g)=2CO (g) ΔH =-566kJ·mol-1
2 2 2
反应3：2C(s)+O(g)=2CO(g) ΔH 。
2 3
① 设y=ΔH-TΔS，反应1、2和3的y随温度的变化关系如图1所示。图中对应于反应3的线条是
______。②一定压强下，随着温度的升高，气体中CO与CO 的物质的量之比______。
2
A．不变 B．增大 C．减小 D．无法判断
（2）水煤气反应：C(s)+HO(g)=CO(g)+H (g) ΔH=131kJ·mol-1。工业生产水煤气时，通常交替通入合适量
2 2
的空气和水蒸气与煤炭反应，其理由是________。
（3）一氧化碳变换反应：CO(g)+HO(g)=CO(g)+H(g) ΔH=-41kJ·mol-1。
2 2 2
①一定温度下，反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压)：p(CO)=0.25MPA．
p(H O)=0.25MPA．p(CO)=0.75MPa和p(H )=0.75MPa，则反应的平衡常数K的数值为________。
2 2 2
②维持与题①相同的温度和总压，提高水蒸气的比例，使CO的平衡转化率提高到90%，则原料气中
水蒸气和CO的物质的量之比为________。
③生产过程中，为了提高变换反应的速率，下列措施中合适的是________。
A．反应温度愈高愈好 B．适当提高反应物压强
C．选择合适的催化剂 D．通入一定量的氮气
④以固体催化剂M催化变换反应，若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离，能量-反应过
程如图2所示。
用两个化学方程式表示该催化反应历程(反应机理)：步骤Ⅰ：________；步骤Ⅱ：________。
12．（2021·山东真题）2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇
与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如图反应：
反应Ⅰ： +CH OH △H
3 1反应Ⅱ： +CH OH △H
3 2
反应Ⅲ： △H
3
回答下列问题：
（1）反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以物质的量分数表示的平衡常数K 与温度T变化关系如图所示。据图判断，A和B
x
中相对稳定的是__(用系统命名法命名)； 的数值范围是___(填标号)。
A．<-1 B．-1～0 C．0～1 D．>1
（2）为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入1.0molTAME，控制温度为353K，测得
TAME的平衡转化率为α。已知反应Ⅲ的平衡常数K =9.0，则平衡体系中B的物质的量为___mol，反
x3
应Ⅰ的平衡常数K =___。同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化学平
x1
衡将__(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)平衡时，A与CHOH物质的量浓度之比c(A)：
3
c(CHOH)=___。
3
（3）为研究反应体系的动力学行为，向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CHOH。控制温
3
度为353K，A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为__(填“X”或
“Y”)；t=100s时，反应Ⅲ的正反应速率v __逆反应速率v (填“＞”“＜”或“=)。
正 逆13．（2021.6·浙江真题）含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。请回答：
（1）实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量 ：
。判断该反应的自发性并说明理
由_______。
（2）已知 。 时，在一恒容密闭反应器中充入一定量
的 和 ，当反应达到平衡后测得 、 和 的浓度分别为 、
和 。
①该温度下反应的平衡常数为_______。
②平衡时 的转化率为_______。
（3）工业上主要采用接触法由含硫矿石制备硫酸。
①下列说法正确的是_______。
A．须采用高温高压的反应条件使 氧化为
B．进入接触室之前的气流无需净化处理
C．通入过量的空气可以提高含硫矿石和 的转化率
D．在吸收塔中宜采用水或稀硫酸吸收 以提高吸收速率
②接触室结构如图1所示，其中1~4表示催化剂层。图2所示进程中表示热交换过程的是_______。
A． B． C． D． E. F. G.③对于放热的可逆反应，某一给定转化率下，最大反应速率对应的温度称为最适宜温度。在图3中画
出反应 的转化率与最适宜温度(曲线Ⅰ)、平衡转化率与温度(曲线Ⅱ)的
关系曲线示意图(标明曲线Ⅰ、Ⅱ)_______。
（4）一定条件下，在 溶液体系中，检测得到pH-时间振荡曲线如图4，同时观察到体
系由澄清→浑浊→澄清的周期性变化。可用一组离子方程式表示每一个周期内的反应进程，请补充其
中的2个离子方程式。
Ⅰ.
Ⅱ.①_______；
Ⅲ. ；
Ⅳ.②_______。
14．（2020·海南真题）作为一种绿色消毒剂，HO 在公共卫生事业中发挥了重要的作用。已知反应：
2 2HO(l)= HO（1）+ O(g) ΔH= -98 kJ·mol-1 K= 2.88×1020
2 2 2 2
回答问题：
（1） HO 的强氧化性使其对大多数致病菌和病毒具有消杀功能。用3%医用HO 对传染病房喷洒消毒时，
2 2 2 2
地板上有气泡冒出，该气体是____________________。
（2）纯HO 可作为民用驱雹火箭推进剂。在火箭喷口铂网催化下，HO 剧烈分解：HO(l) = H O(g)+
2 2 2 2 2 2 2
O(g)，放出大量气体，驱动火箭升空。每消耗34g H O，理论上 __________(填“放出”或“吸收”)
2 2 2
热量__________98kJ (填“大于”、“小于”或“等于”)。
（3）纯HO 相对稳定，实验表明在54℃下恒温贮存2周，浓度仍能保持99%，原因是HO 分解反应的
2 2 2 2
_______________(填编号)。
A． ΔH比较小 B． K不够大 C．速率比较小 D．活化能比较大
（4）向HO 稀溶液中滴加数滴含Mn2+的溶液，即有气泡快速逸出，反应中Mn2+起_________作用。某组
2 2
实验数据如下：
t/min 0 10 20 30 40 50
c(HO)/mol ·L-1 0.70 0.49 0.35 0.25 0.17 0.12
2 2
0-30 min H O 反应的平均速率v=_____ mol ·L·min-1
2 2
（5） HO 的一种衍生物KSO，阴离子结构式为( )。其中性溶液加热至沸后，溶液
2 2 2 2 8
pH降低，用离子方程式表明原因：_______________。
15．（2020·天津真题）利用太阳能光解水，制备的H 用于还原CO 合成有机物，可实现资源的再利用。
2 2
回答下列问题：
Ⅰ.半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中，光照时可在其表面得到产物
（1）下图为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为___________。
（2）若将该催化剂置于NaSO 溶液中，产物之一为 ，另一产物为__________。若将该催化剂置于
2 3
AgNO 溶液中，产物之一为O，写出生成另一产物的离子反应式__________。
3 2
Ⅱ.用H 还原CO 可以在一定条下合成CHOH(不考虑副反应)：
2 2 3（3）某温度下，恒容密闭容器中，CO 和H 的起始浓度分别为 a mol‧L-1和3 a mol‧L-1，反应平衡时，
2 2
CHOH的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为___________。
3
（4）恒压下，CO 和H 的起始物质的量比为1:3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜
2 2
时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出HO。
2
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为____________。
②P点甲醇产率高于T点的原因为___________。
③根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为___________°C。
Ⅲ.调节溶液pH可实现工业废气CO 的捕获和释放
2
（5） 的空间构型为__________。已知25℃碳酸电离常数为K 、K ，当溶液pH=12时，
a1 a2
=1：_______：__________。
